5G通信技术的关键技术及其应用

5G通信技术的关键技术及其应用

朱建伟

中国计量大学  浙江 杭州  310000

1 5G通信[1]

随着社会的发展,人们对信息传输的实时性、安全性、准确性的要求越来越高[2]。移动通信技术也从早期的2G慢慢的发展到现在的5G通信技术。把之前的通信技术的优势进行了融合,提升信息的传输速度,降低了在实际运用中的能量损耗。现在的5G通信技术可以说是最先进的通信技术,5G通信技术最基本的目标是把用户端与互联网像连接,但是它还能衍生到可以与家居等其他设备像连接。与之前的通信技术相比,5G通信技术的限制更加的低,因此它的利用的效率更加的高。而且5G通信技术的用户体验会更好,主要是基于5G基站的小型化[3]增加的5G网络信号的覆盖面积,从而让5G网络的信号更加的稳定。[4]

2 5G通信技术的关键技术[5]

2.1大规模MIMO技术[6]

MIMO技术[7]是4G通信技术中的一项关键技术,MIMO技术通俗易懂的来说的就是有多个输入和多个输出,意思就是说如果想要4G网络的使用效果更好,就增加输入,就能使信息的传输速度更加快。就例如日常使用的WIFI路由器,它的天线越多,用户的网络就会更好。

大规模MIMO将会成为5G通信技术的关键技术之一。大规模MIMO技术下的5G网络,会有更好的频谱效率和能耗效率。大规模MIMO技术可以有效的提高数据无线传输的能力,减小数据延时,使数据传输更加的稳定和及时,让用户有更好的使用体验[8]。大规模MIMO技术的主要优点就是可以同步的接收与发送无线网络的信号,数据信息的接收和发送速率,都有非常明显的提高。

2.2超宽带技术 [9]

超宽带技术作为一种新型的无线通信技术可以实现对信号的直接调制,促使数据带宽实现GHz的级别,数据传输速率达到纳秒分辨率级别。显然,这种技术相比较Wi-Fi技术,有着较为明显的低时延性同时,超宽带技术在发送信号的过程中不需要载波,其消耗的能量较低。基于此,超宽带技术在5G新系统中的融入,在智慧交通领域方面有着积极的作用。依托于超宽带技术的特点和性能,可以提高车辆位置、车间距离识别以及快速反应能力 [10]。例如,自动驾驶汽车使用超宽带技术使得识别障碍物和防碰撞的能力得到显著提升,提高了汽车的安全性能。因此,超宽带技术为5G通信技术的低时延、低能耗等方面提供了技术支持。

2.3无线网络技术 

无线网络技术可以分为软件定义网络和网络功能虚拟化两个方面 [11]。软件界定网络技术就是 emulex 网络这一新型的网络革命性架构,它与传统IT架构中的网络相比,主要目标就在于通过对路由器进行控制与转发,从而形成单一的决策性功能。在传统架构中是因为需要按照业务进行部署或者上线,业务若有改变就会对应的互联网架构进行相应的调整,而调整设备路由、交换机和防火墙的配置会比较麻烦[12]。显然,软件定义网络技术可以实现网络的敏捷性和灵活性。网络功能虚拟化则是利用标准的it虚拟技术解决相关的硬件设备问题,其依托于大型共享服务器,利用软件所定义的模拟运行方式,来进行地域网络中的实体虚拟化运行,例如虚拟机技术便是虚拟化技术之一。这类虚拟机的部署费用相对来说比较少,但是能够迅速适应互联网的变迁。特别是云计算与虚拟化等技术的发展,在独立的服务器上即可实现复杂而多样的服务器部署,以此来满足网络峰值的需求,同时也可以实现资源的释放,有利于故障管理,实现市场化的发展。 

2.4毫米波通信技术

毫米波通信技术主要包含了光波到低频发射和微波到高频发射两个方面[13]。现阶段,无线电信系统的频谱大都小于6ghz 。显然,处于3-60ghz 区间的频谱资源没有一个能够有效开发应用。在这种情况下,5g 把9.9-86ghz 两个波段作为一个重点区间进行 rat 探究,这种方式主要目的就是依托 lte 技术来实现对互联网广域覆盖的探究,在该两个波段内所创建的超密集网络可以实现 lte 层与 udn 层的双重覆盖。由此可以说,在毫米波波段上运用一种大规模的输入和输出技术[18],可以有效地实现网络容量的提升和通讯效率[14]。例如贝尔实验室中国公司利用其峰值传输速率远远高于50gbps 的原型机,在28ghz 毫米波频段内将其频谱效率提升至100bps / hz [15]。显然,这种高频谱效率可以实现更快的下载速度,在短时间内实现多达百兆信息的传输。

2.5新型网络构架技术 

在通信行业不断发展的背景下,5G技术也在不断发展,提升通信效率以满足用户需求[16]。但是,在这个过程中成本因素在一定程度上限制了发展的速度,需要在通信业务中控制好成本。提高通讯效率就需要把通讯行业建立在整合基础上,同时也要不断开辟新的渠道,满足社会进步的需要。而在此过程中我们就可以通过自身组织的网络来实现互联网的虚拟化,对于自身组织的网络来说,5g 通信技术能够加强人的情境体验,提供了通信技术的交互功能,这种技术的实施就是需要通过无线网络的云端把峰值速度和数据集成到一起,这样才能够推动通讯服务的进一步改善。简而言之,作为其中的核心要素和重点的新型互联网构架技术

[17],一方面能够确保电脑存储平台运行的稳定性,另一方面能够为社会经济发展建立新的支撑和模式。

2.6 D2D通信技术

通讯技术是泛指两个相同水平的节点之间能够实现不需要依托基站的直接短距离互动。显然,这项技术能够提升频带的使用效率[19],节约了网络空间和资源,在一定程度上降低了 5g 中基站的压力,从而降低了导致非稳定性网络状态发生的频次。同时,该技术结合蜂窝通信技术将区域分成蜂窝的形状,在独立的六边形内进行直接交流,而相隔的交流再通过基站进行。但需要指出的是,D2D技术提供的通信能力不仅要注重通信距离的增加[20],,同时也要保障通信的质量和保密性。

参考文献

[1]樊娟.5G无线通信技术概念及其应用研究[J].

[2]黄宇红,孙奇,贾民丽,段然,陈卓.智简5G无线网络技术初探[J/OL].

[3]陈俊江. 小型双极化基站天线改进与设计研究[D].

[4]孟逢逢,刘洪利.5G无线通信基站共享电力杆塔的应用研究[J].

[5]吕进.试论5G通信技术应用场景和关键技术[J].

[6]Jamshed Muhammad Ali,UrRehman Masood,Frnda Jaroslav,Althuwayb Ayman A.,Nauman Ali,Cengiz Korhan. Dual Band and Dual persity Four-Element MIMO Dipole for 5G Handsets[J].

[7]Manish Kumar Singh,Syed Intekhab Amin. Energy efficient wireless sensor network using optimum hops and virtual MIMO technique[J].

[8]章歆羡. 大规模MIMO系统中信道估计技术研究[D].

[9]. Mobile Communications; New Mobile Communications Study Findings Reported from Uttarakhand Technical University (A Coalesced Kite Shaped Monopole Antenna for Uwb Technology)[J].

 [10]Djosic Sandra,Stojanovic Igor,Jovanovic Milica,Nikolic Tatjana,Djordjevic Goran Lj.. Fingerprinting-assisted UWB-based localization technique for complex indoor environments[J].

作者简介：朱建伟（2000.1-），男，汉族，浙江淳安，本科在读，研究方向：电子信息科学与技术。